一種共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于海洋生物污損防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法，采用水包油乳液聚合法合成工藝，其制備的樹脂中含有丙烯酸長鏈烷基酯、縮水甘油基、乙酰乙酸基丙烯酸酯和可水解丙烯酸硅酯。
【背景技術(shù)】
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[0002]海洋污損對船舶和海洋人工設(shè)施造成嚴(yán)重的危害，影響其航行速度、燃油經(jīng)濟(jì)性和安全性，增加保養(yǎng)和維修成本，因此必須采用有效措施防止海洋生物對其造成的污損附著。傳統(tǒng)的有機(jī)錫防污涂料因嚴(yán)重危害海洋生態(tài)環(huán)境，已被禁止使用；目前廣泛使用的含氧化亞銅、硫氰酸亞銅類防污涂料由于會(huì)導(dǎo)致海洋銅元素累積，造成嚴(yán)重的海洋生態(tài)環(huán)境問題，在一些國家如加拿大和瑞典已被限制使用并面臨禁用的趨勢。因此，開發(fā)環(huán)境友好型海洋防污涂料具有重要意義。
[0003]目前，微生物源防污酶作為天然防污活性物質(zhì)，可通過降解固著生物的黏附劑、瓦解生物膜基質(zhì)、阻斷群體反應(yīng)信號傳遞、甚至酶催化產(chǎn)生殺聲劑而表現(xiàn)出高效的生物活性。酶基防污涂料已成為防污領(lǐng)域研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。Pettitt等人研究了包括脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖、淀粉酶、混合酶等24種酶的防污效果，其中絲氨酸蛋白酶在防止綠藻孢子和藤壺幼蟲附著方面具有最佳效果。公開號為CN102137900A的專利公開了一種氣凝膠中包埋生物活性劑和酶的防污組合物;公開號為CN102083919B的專利公開了一種包含第一酶和包封的第二酶的防污組合物，采用半乳糖苷酶、肽酶、葡糖淀粉酶及其混合物作為第一酶，選包封于硅酸鹽中自氧化酶為第二酶;公開號為CN102307956B的專利公開了基于酶的自拋光涂料組合物，其包括以粘合劑系統(tǒng)形式的粘合劑相和色素相，所述色素相包括多糖和能輔助所述多糖水解的酶，酶可為葡萄糖淀粉酶，且多糖可為淀粉;公開號為CN103819983A的專利公開了一種由高分子樹脂、辣椒素、蛇床子素、高凹頂藻醇等防污計(jì)和蛋白酶組成的防污涂料；公開號為CN101284956B的專利公開了一種從藤壺、貽貝中分離純化獲得蛋白酶產(chǎn)生菌及其蛋白酶基防污涂料的制備方法;另外丹麥的B1locus公司已開發(fā)出多種應(yīng)用與海洋防污的酶制劑并與JOTUN公司合作生產(chǎn)了酶涂料，該種涂料已在快艇上推廣應(yīng)用;GENEC0RE公司和HEMPEL公司合作開發(fā)了基于己糖酶和過氧化氫酶聯(lián)合生產(chǎn)過氧化氫進(jìn)行防污的防污涂料，但這些基于酶的防污涂料中存在防污酶固定方式單一、環(huán)境適應(yīng)性差和性能難以滿足海洋污損環(huán)境的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，尋求設(shè)計(jì)一種共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)防污酶的共價(jià)固定，并且在海洋環(huán)境下隨溫度變化調(diào)控防污酶的釋放。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法包括溫敏自拋光樹脂的制備和共價(jià)固定防污酶兩個(gè)步驟:
[0006](I)、溫敏自拋光樹脂的制備:在容量為5L的三口瓶中加入2L超純水，將三口瓶置于攪拌器上以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌，攪拌的同時(shí)逐漸向三口瓶中加入50g混合物，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌結(jié)束后向三口瓶中加入500-1000μ1正十二硫醇，將三口瓶加熱至80 °C后向其中加入50ml濃度為0.03g/ml的過硫酸氨水溶液，將三口瓶置于攪拌器上以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌3.5-5.5h，攪拌結(jié)束后，通過兩個(gè)恒壓漏斗分別向三口瓶中滴加50.0g功能單體混合物和15ml濃度為0.15g/ml的過硫酸氨水溶液，同時(shí)向三口瓶加入0.5g聚醚型乳化劑，滴加功能單體混合物、過硫酸氨水溶液和聚醚型乳化劑的總時(shí)間為4-5h，滴加結(jié)束后，待三口瓶中的物質(zhì)聚合反應(yīng)5_24h，冷卻至室溫，得到溫敏自拋光樹脂；
[0007](2)、共價(jià)固定防污酶:取50g步驟(I)制備的溫敏自拋光樹脂用超純水透析后用磷酸緩沖液將溫敏自拋光樹脂的PH值調(diào)至7.5，再加入25mL含酶重量為2-5%的防污酶水溶液，在25°C下反應(yīng)5-25h后，用20-50mM的甘氨酸和質(zhì)量百分比濃度為0.1%聚乙二醇超純水溶液清洗，將沉淀的溫敏自拋光樹脂顆粒凍干后分散于50ml二甲苯中，完成共價(jià)固定防污酶，得到共價(jià)固定防污酶溫敏自拋光樹脂。
[0008]本發(fā)明涉及的混合物由甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸三甲基硅酯組成，甲基丙烯酸三甲基硅酯的滴加質(zhì)量為5-30g，其余為甲基丙烯酸甲酯；功能單體混合物由丙烯酸丁酯、共價(jià)鍵合防污酶用功能單體和溫敏功能單體組成，其中共價(jià)鍵合防污酶用功能單體為甲基丙烯酸縮水甘油酯或乙酰乙酸甲基丙烯酸乙二醇酯，當(dāng)使用甲基丙烯酸縮水甘油酯時(shí)不再添加乙酰乙酸甲基丙烯酸乙二醇酯，溫敏功能單體為甲基丙烯酸十二烷基酯和甲基丙烯酸十六烷基酯，共價(jià)鍵合防污酶用功能單體的滴加質(zhì)量為5-30g，溫敏功能單體的滴加質(zhì)量為l_15g;防污酶為水解酶，包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、透明質(zhì)酸酶、幾丁質(zhì)酶和溶菌酶。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用水包油乳液聚合法合成的樹脂分子鏈段中含有縮水甘油基團(tuán)、乙酰乙酸基團(tuán)、丙烯酸硅酯類組分和丙烯酸長鏈烷基酯，縮水甘油基團(tuán)和乙酰乙酸基團(tuán)在緩沖溶液中與防污酶氨基形成共價(jià)鍵，提高防污酶的穩(wěn)定性，丙烯酸硅酯類組分具有拋光性能，在材料表面持續(xù)更新，丙烯酸長鏈烷基酯具有溫度敏感性，隨海水溫度變化調(diào)控防污酶的釋放，合成過程基于水相，不含重金屬污染物;其工藝過程簡便，生產(chǎn)成本低，對環(huán)境友好，防污性能良好，能夠廣泛應(yīng)用于海洋船舶和結(jié)構(gòu)物的表面。
【具體實(shí)施方式】
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[0010]下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0011]實(shí)施例1:
[0012]本實(shí)施例涉及的共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法包括溫敏自拋光樹脂的制備和共價(jià)固定防污酶兩個(gè)步驟:
[0013](I)、溫敏自拋光樹脂的制備:在容量為5L的三口瓶中加入2L超純水，將三口瓶置于攪拌器上以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌，攪拌的同時(shí)逐漸向三口瓶中加入20g甲基丙烯酸甲酯和30g甲基丙烯酸三甲基硅酯，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌結(jié)束后向三口瓶中加入500μ1正十二硫醇，將三口瓶加熱至80 °C后向其中加入50ml濃度為0.03g/ml的過硫酸氨水溶液，將三口瓶置于攪拌器上以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌3.5h，攪拌結(jié)束后，通過兩個(gè)恒壓漏斗分別向三口瓶中滴加5g甲基丙烯酸縮水甘油酯、15g甲基丙烯酸十六烷基酯、30g丙烯酸丁酯和15ml濃度為0.15g/ml的過硫酸氨水溶液，同時(shí)向三口瓶加入0.5g聚醚型乳化劑，滴加甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸丁酯、過硫酸氨水溶液和聚醚型乳化劑的總時(shí)間為5h，滴加結(jié)束后，待三口瓶中的物質(zhì)聚合反應(yīng)5h，冷卻至室溫，得到溫敏自拋光樹脂；
[0014](2)、共價(jià)固定防污酶:取50g步驟(I)制備的溫敏自拋光樹脂用超純水透析后用磷酸緩沖液將溫敏自拋光樹脂的PH值調(diào)至7.5，再加入25mL含有500mg蛋白酶的酶溶液，在25°C下反應(yīng)5h后，用20mM的甘氨酸和質(zhì)量百分比濃度為0.1%聚乙二醇超純水溶液清洗，將沉淀的溫敏自拋光樹脂顆粒凍干后分散于50ml 二甲苯中，完成共價(jià)固定防污酶，得到共價(jià)固定防污酶溫敏自拋光樹脂。
[0015]本實(shí)施例制備的共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂測試溫度敏感性時(shí)，將共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂分別涂覆在2塊5.0cm X 10.0cm的馬口鐵片上，涂膜厚度為300μm，在室溫條件下自然干燥，將2塊馬口鐵片分別固定在2個(gè)轉(zhuǎn)鼓上后置于溫度為15°C和30°C的水槽中，在50rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)沖刷10天，然后用超聲波涂層測厚儀測定共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂涂層的厚度，15°C下共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂的涂層平均減薄8.5μπι，3(Τ(:下共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂涂層平均減薄20.6μπι，結(jié)果表明:在較高溫度下共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂涂層拋光速度明顯加快。
[0016]本實(shí)施例制備的共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂測試抑制硅藻附著性能和硅藻附著強(qiáng)度時(shí)，用滅菌海水將底棲硅藻稀釋為1.0 X 16個(gè)/ml的濃度硅藻水溶液，將共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂涂覆在5.0cmXl0.0cm的馬口鐵片上制作試片，以涂覆不含防污酶的乳膠樹脂的馬口鐵片為對照空白試片，將試片和對照空白試片浸泡在硅藻水溶液中2小時(shí)后取出，檢測結(jié)果為:娃藻在對照空白試片表面附著量為100.5個(gè)/cm2，娃藻在試片表面附著量為61.4個(gè)/cm2，附著抑制率38.9% ；娃藻附著強(qiáng)度測試結(jié)果為:娃藻在空白試片表面脫附85%時(shí)的剪切力為27.2Pa，硅藻在試片表面脫附85%時(shí)的剪切力為23.6Pa，測試抑制硅藻附著性能和硅藻附著強(qiáng)度的結(jié)果表明:共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂對硅藻的附著具有抑制作用，對硅藻的附著強(qiáng)度有明顯影響。
[0017]實(shí)施例2:
[0018]本實(shí)施例涉及的共價(jià)固定防污酶的溫敏自拋光樹脂制備方法包括溫敏自拋光樹脂的制備和共價(jià)固定防污酶兩個(gè)步驟:
[0019](I)、溫敏自拋光樹脂的制備:在容量為5L的三口瓶中加入2L超純水，將三口瓶置于攪拌器上以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌，攪拌的同時(shí)逐漸向三口瓶中加入20g甲基丙烯酸甲酯和30g甲基丙烯酸三甲基硅酯，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌結(jié)束后向三口瓶中加入500μ1正十二硫醇，將三口瓶加